ARM處理器的異常模式

　　關(guān)于“進(jìn)入異?！保涸诋惓０l(fā)生后，ARM7TDMI內(nèi)核會作以下工作：

　　1.在適當(dāng)?shù)腖R中保存下一條指令的地址，當(dāng)異常入口來自：

　　ARM狀態(tài)，那么ARM7TDMI將當(dāng)前指令地址加4或加8復(fù)制（取決于異常的類型）到LR中；

　　為Thumb狀態(tài)，那么ARM7TDMI將當(dāng)前指令地址加4或加8 （取決于異常的類型）復(fù)制到LR中；異常處理器程序不必確定狀態(tài)。

　　2.將CPSR復(fù)制到適當(dāng)?shù)腟PSR中；

　　3. 將CPSR模式位強(qiáng)制設(shè)置為與異常類型相對應(yīng)的值；

　　4.強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量處取指。

　　ARM7TDMI內(nèi)核在中斷異常時置位中斷禁止標(biāo)志，這樣可以防止不受控制的異常嵌套。

　　注：異?？偸窃贏RM狀態(tài)中進(jìn)行處理。當(dāng)處理器處于Thumb狀態(tài)時發(fā)生了異常，在異常向量地址裝入PC時，會自動切換到ARM狀態(tài)。

　　關(guān)于“退出異?！保寒?dāng)異常結(jié)束時，異常處理程序必須：

　　1.將LR中的值減去偏移量后存入PC，偏移量根據(jù)異常的類型而有所不同；

　　2.將SPSR的值復(fù)制回CPSR；

　　3.清零在入口置位的中斷禁止標(biāo)志。

　　注：恢復(fù)CPSR的動作會將T、F和I位自動恢復(fù)為異常發(fā)生前的值。

　　下面利用，圖示來演示“進(jìn)入異?！边^程：

　　1. 程序在系統(tǒng)模式下運(yùn)行用戶程序，假定當(dāng)前處理器狀態(tài)為Thumb狀態(tài)、允許IRQ中斷；

　　2. 用戶程序運(yùn)行時發(fā)生IRQ中斷，硬件完成以下動作：

　?。?）將CPSR寄存器內(nèi)容存入IRQ模式的SPSR寄存器

　　（2）置位I位（禁止IRQ中斷）

　?。?）清零T位（進(jìn)入ARM狀態(tài)）

　?。?）設(shè)置MOD位，切換處理器模式至IRQ模式

　?。?）將下一條指令的地址存入IRQ模式的LR寄存器

　?。?）將跳轉(zhuǎn)地址存入PC，實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)

　　圖示“退出異?！边^程：

　　在異常處理結(jié)束后，異常處理程序完成以下動作：

　?。?）將SPSR寄存器的值復(fù)制回CPSR寄存器；

　　（2）將LR寄存的值減去一個常量后復(fù)制到PC寄存器，跳轉(zhuǎn)到被中斷的用戶程序。

　　下面講講“快速中斷請求”：快速中斷請求（FIQ）適用于對一個突發(fā)事件的快速響應(yīng)，這得益于在ARM狀態(tài)中，快中斷模式有8個專用的寄存器可用來滿足寄存器保護(hù)的需要（這可以加速上下文切換的速度）。

　　不管異常入口是來自ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)，F(xiàn)IQ處理程序都會通過執(zhí)行下面的指令從中斷返回： SUBS PC，R14_fiq，#4

　　在一個特權(quán)模式中，可以通過置位CPSR中的F位來禁止FIQ異常。

　　關(guān)于“中斷請求”：中斷請求（IRQ）異常是一個由nIRQ輸入端的低電平所產(chǎn)生的正常中斷（在 具體的芯片中，nIRQ由片內(nèi)外設(shè)拉低，nIRQ是內(nèi)核的一個信號，對用戶不可見）。IRQ的優(yōu)先級 低于FIQ。對于FIQ序列它是被屏蔽的。任何時候在一個特權(quán)模式下，都可通過置位CPSR中的I 位來禁止IRQ。

　　不管異常入口是來自ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)，F(xiàn)IQ處理程序都會通過執(zhí)行下面的指令從中斷返回： SUBS PC，R14_fiq，#4

　　關(guān)于“中止”：中止發(fā)生在對存儲器的訪問不能完成時，中止包含兩種類型：

　　（1）預(yù)取中止：發(fā)生在指令預(yù)取過程中

　?。?）數(shù)據(jù)中止：發(fā)生在對數(shù)據(jù)訪問時

　　中止——預(yù)取指中止：當(dāng)發(fā)生預(yù)取中止時，ARM7TDMI內(nèi)核將預(yù)取的指令標(biāo)記為無效，但在指 令到達(dá)流水線的執(zhí)行階段時才進(jìn)入異常。如果指令在流水線中因?yàn)榘l(fā)生分支而沒有被執(zhí)行，中止將不會發(fā)生。在處理中止的原因之后，不管處于哪種處理器操作狀態(tài)，處理程序都會執(zhí)行下面的指令恢復(fù)PC和CPSR并重試被中止的指令： SUBS PC，R14_abt，#4

　　中止——數(shù)據(jù)中止：當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)中止后，根據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止的指令類型作出不同的處理：

　　（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令（LDR、STR）回寫到被修改的基址寄存器。中止處理程序必須注意這一點(diǎn)；

　?。?）交換指令（SWP）中止好像沒有被執(zhí)行過一樣（中止必須發(fā)生在SWP指令進(jìn)行讀訪問時）；

　?。?）塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令（LDM，STM）完成。 當(dāng)回寫被設(shè)置時，基址寄存器被更新。在指示出現(xiàn)中止后，ARM7TDMI內(nèi)核防止所有寄存器被覆蓋。這意味著ARM7TDMI內(nèi)核總是會保護(hù)被中止的LDM指令中的R15（總是最后一個被轉(zhuǎn)移的寄存器）。

　　在修復(fù)產(chǎn)生中止的原因后，不管處于哪種處理器操作狀態(tài)，處理程序都必須執(zhí)行下面的返回指令 ： SUBS PC，R14_abt，#8

　　關(guān)于“軟件中斷指令”：使用軟件中斷（SWI）指令可以進(jìn)入管理模式，通常用于請求一個特定的管理函數(shù)。SWI處理程序通過執(zhí)行下面的指令返回： MOVS PC，R14_svc

　　這個動作恢復(fù)了PC和CPSR并返回到SWI之后的指令。SWI處理程序讀取操作碼以提取SWI函數(shù)編號。

　　關(guān)于“未定義的指令”：當(dāng)ARM7TDMI處理器遇到一條自己和系統(tǒng)內(nèi)任何協(xié)處理器都無法處理的指令時，ARM7TDMI內(nèi)核執(zhí)行未定義指令陷阱。軟件可使用這一機(jī)制通過模擬未定義的協(xié)處理器指令來擴(kuò)展ARM指令集。

　　注：ARM7TDMI處理器完全遵循ARM結(jié)構(gòu)v4T，可以捕獲所有分類未被定義的指令位格式。在模擬處理了失敗的指令后，陷阱程序執(zhí)行下面的指令：MOVS PC，R14_svc

　　這個動作恢復(fù)了PC和CPSR并返回到未定義指令之后的指令。

　　關(guān)于“異常優(yōu)先級”：當(dāng)多個異常同時發(fā)生時，一個固定的優(yōu)先級系統(tǒng)決定它們被處理的順序：

　　注意：（1）未定義的指令和SWI異?；コ?。因?yàn)橥粭l指令不能既是未定義的，又能產(chǎn)生有效的軟件中斷；

　?。?）當(dāng)FIQ使能，并且FIQ和數(shù)據(jù)中止異常同時發(fā)生時，ARM7TDMI內(nèi)核首先進(jìn)入數(shù)據(jù)中止處理程序，然后立即跳轉(zhuǎn)到FIQ向量。在FIQ處理結(jié)束后返回到數(shù)據(jù)中止處理程序。數(shù)據(jù)中止的優(yōu)先級必須高于FIQ以確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移錯誤不會被漏過。